Текст книги "Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого"

Автор книги: Андрей Лапо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 14 страниц)

Однако влияние жизни на формирование земной коры не ограничивается только осадочной оболочкой. Вернадский писал: «Если количество живого вещества теряется перед косной и биокосной массами биосферы, то биогенные породы (т. е. созданные живым веществом) составляют огромную часть ее массы, идут далеко за пределы биосферы. Учитывая явление метаморфизма, они превращаются, теряя всякие следы жизни, в гранитную оболочку, выходят из биосферы. Гранитная оболочка земли есть область былых биосфер»[78]78
  Вернадский В. И. Проблемы биогеохимии. – Труды БИОГЕЛ ГЕОХИ АН СССР, вып. 16, с. 215.


[Закрыть].

Идея В. И. Вернадского о гранитной оболочке как области былых биосфер его современникам казалась парадоксальной. Лишь постепенно осваивалась она геологической наукой. В 60‑е годы, опираясь на идеи В. И. Вернадского, известный норвежский петрограф и геохимик Т. Ф. В. Барт (1899—1971) приходит к выводу, что «все породы, которые мы видим сегодня, когда-то были осадками… Породы видоизменялись плутонизмом, метаморфизмом, метасоматизмом, они были по крайней мере часто переплавлены и находились в форме магм и лав, но когда-то в прошлом они образовались из осадков». Осадки же, как мы уже установили, на протяжении всей геологической истории Земли формировались при активном участии живого вещества в условиях биосферы.

Концепция новой глобальной тектоники, появившаяся в последние десятилетия, показала возможный механизм формирования гранитного слоя земной коры из осадочных пород. Согласно этим представлениям земная кора океанов, подобно ленте конвейера, движется от океанических хребтов к материкам. На эту ленту и отлагаются осадки, которые, постепенно поддвигаясь под континенты, подвергаются там процессам метаморфических преобразований. В результате этих процессов следы деятельности живого вещества в метаморфических породах утрачиваются. Требуется «снятие метаморфизма», чтобы расшифровать первично-осадочную природу древнейших метаморфических пород. Больших успехов в этом отношении достигли геологи школы академика А. В. Сидоренко (1917—1982).

Если почвенный покров Земли формируется деятельностью современного нам (в геологическом смысле) живого вещества, то метабиосфера – совокупной деятельностью всего живого вещества планеты за все время ее геологической истории. Так метабиосфера становится документом развития биосферы: по ней можно восстановить все этапы развития разнородного живого вещества нашей планеты. «Вероятно, нам легче всего судить о древнейших организмах по концентрации продуктов их жизнедеятельности и прежде всего – по накоплению углеродистых, карбонатных и железистых пород», – сказал недавно выдающийся советский палеонтолог, президент Всесоюзного палеонтологического общества, академик Борис Сергеевич Соколов.

Заключение

Больше 60 лет прошло после выхода в свет «Биосферы» В. И. Вернадского. При современных темпах развития науки это огромный срок. Однако, заканчивая эту книгу, я – с некоторым даже удивлением – отмечаю, что панорама биосферы и ее окружения, созданная гением Вернадского, почти не нуждается в коррективах. Лишь открытие абиссальных сгущений жизни существенно изменило некоторые представления о биосфере.

Абиссальные сгущения играют в биосфере особую роль. Чтобы пояснить ее, прибегнем к сравнению.

Всем, наверно, известны газовые водогрейные аппараты (их ставят в квартирах, куда горячая вода централизованно не подается). В этих аппаратах есть небольшой, всегда горящий запальник, от которого зажигается большой огонь.

Абиссальные сгущения жизни – это «запальник» земной биосферы. Если когда-либо в биосфере прекратится жизнь на основе фотосинтеза – ее «большой огонь», – то в немыслимых глубинах океана сохранится автономная абиссальная жизнь – тот «запальник», от которого может вспыхнуть огонь новой жизни на Земле.

Существование абиссальных сгущений жизни расширяет возможности поисков жизни на других планетах. Если раньше необходимым условием существования биосферы считался определенный минимум солнечной энергии, поступающей на поверхность планеты, то после открытия абиссальных сгущений жизни это условие перестает быть обязательным. На холодных небесных телах, значительно удаленных от Солнца, теперь можно предполагать наличие эндобиосферы (о ней мы упоминали в конце главы I). Энергетическим источником ее существования может служить исключительно эндогенная энергия планеты (или другого небесного тела). Полыньи, предполагаемые на спутниках Юпитера, не являются обязательными. Единственным ограничением для развития жизни исходя из нашего земного опыта сейчас может считаться только наличие воды в жидкой фазе.

Однако это – область гипотез. Вернемся к фактам, установленным на нашей Земле, и, подводя итоги книги, опять используем сравнение.

В археологии существует понятие культурного слоя – так называют слой земли, образующийся на местах человеческих поселений и содержащий остатки деятельности человека. Ниже него залегает «материк» – девственная почва или горная порода.

Метабиосфера – «культурный слой» биосферы, а «материк» геологов – это первичные породы, образовавшиеся вне биосферы. Коренным образом они различаются между собой: массивные, большей частью однообразные, эндогенные породы – и в высшей степени разнородные осадочные породы и руды, слагающие метабиосферу Земли.

Это разнообразие создала жизнь.

«Так жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты… Жизнь не является, таким образом, внешним случайным явлением на земной поверхности. Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать»[79]79
  Вернадский В. И. Соч., т. 5, с. 22.


[Закрыть].

Этими замечательными словами В. И. Вернадского мы и закончим книгу о нынешней биосфере и следах былых биосфер.

Словарик специальных терминов

Абиогенное вещество (процессы) – вещество (процессы), возникшее (протекающее) без участия живых организмов.

Абиссаль – глубоководная (свыше 2000 м) зона Мирового океана. Характеризуется постоянной температурой (ниже 2°C) и бедностью животного мира.

Автотрофы – живые организмы, не использующие для построения своего тела готовые органические соединения; различают фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Анаэробная среда – среда, лишенная свободного кислорода.

Апвеллинг – процесс вертикального движения вод в океане, в результате которого поднимаются к поверхности глубинные воды, богатые азотом, фосфором и другими важными для жизни элементами.

Аридный пояс (зона) – области с засушливым климатом.

Архейская эра, или архей, – самая ранняя эра развития Земли (см. табл. 7).

Афотическая зона – та часть океана, где из-за слабой освещенности процессы фотосинтеза невозможны.

Аэробная среда – среда, содержащая свободный кислород.

Бенталь – дно озер, морей и океанов.

Бентос – обитатели бентали.

Биогенное вещество – вещество, создаваемое в процессе деятельности живых организмов.

Биогеохимический круговорот – процессы превращения вещества в биосфере.

Биокосная система – природная система, в которой взаимодействуют живое и неживое вещества.

Биомасса – удельная масса живого вещества, приходящаяся на единицу площади или объема.

Биота – совокупность живых организмов данного региона или данного отрезка геологической истории.

Биоценоз – сообщество живых организмов, исторически сложившееся в той или иной экосистеме.

Брахиоподы (или плеченогие) – класс беспозвоночных, похожих на моллюсков. Расцвет брахиопод относится к палеозою, ныне они вымирают.

Былые биосферы – биосферы геологического прошлого; так же В. И. Вернадский иногда называл и образованные ими отложения.

Гетеротрофы – живые организмы, не способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганического и питающиеся за счет автотрофов.

Гипергенез – подготовительная стадия образования осадочных пород. В эту стадию при выветривании различных горных пород возникают и переносятся исходные продукты осадков.

Глинозем – окись алюминия (Al₂O₃).

Гуано – современные скопления затвердевших экскрементов морских птиц (на океанских побережьях), реже – летучих мышей (в пещерах).

Губки – тип беспозвоночных, живущих в водной среде и неподвижно прикрепленных ко дну или подводным предметам. Большей частью губки имеют форму открытого кверху мешка или глубокого бокала.

Гумидный пояс (зона) – области Земли с влажным климатом.

Девонский период, или девон, – один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).

Детрит – мелкие частицы какого-либо вещества.

Диагенез – одна из стадий формирования осадочных пород, во время которой свежие осадки преобразуются в плотную горную породу.

Диатомовые водоросли (диатомеи) – одноклеточные растения с наружной оболочкой из кремнезема, живущие одиночно или сосредоточенные в колонии. Распространены повсеместно.

Живое вещество – совокупность живых организмов биосферы.

Иглокожие – тип беспозвоночных. К ним относятся морские звезды, офиуры, морские ежи, голотурии, морские лилии и др. Типичные обитатели бентали (см.).

Илоеды – донные организмы, безвыборочно заглатывающие ил и пропускающие его через свой пищевой тракт.

Кайнозойская эра, или кайнозой, – одна из геологических эр развития Земли (см. табл. 7).

Карбоновый (иногда говорят – каменноугольный) период, или карбон, – один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).

Катагенез – одна из стадий формирования осадочных горных пород, следующая за диагенезом, во время которой происходит их дальнейшее уплотнение и преобразование.

Кембрийский период, или кембрий, – первый период палеозойской эры (см. табл. 7).

Конкреции – плотные минеральные стяжения, ясно отличающиеся от вмещающего их осадка (или горной породы).

Копролиты – ископаемые экскременты.

Кора выветривания – верхние слои литосферы (см.), преобразованные под воздействием процессов гипергенеза (см.).

Косное вещество (по Вернадскому) – то же, что абиогенное вещество (см.).

Кремнезем – двуокись кремния (SiO₂).

Криптозойский эон, или криптозой, – интервал геологической истории от ее начала до фанерозоя (см.); то же, что докембрий (см. табл. 7).

Литосфера – наружная твердая оболочка Земли. Мощность литосферы, вероятно, от 50 до 200 км. Верхняя часть литосферы (в пределах распространения живого вещества) входит в состав биосферы.

Мезозойская эра, или мезозой, – одна из геологических эр развития Земли (см. табл. 7).

Меланобиосфера – зона биосферы, где процессы фотосинтеза невозможны из-за слабой освещенности.

Меловой период, или мел, – последний период мезозойской эры (см. табл. 7).

Метабиосфера (по Вассоевичу) – часть литосферы, сформированная живым веществом прошлых геологических эпох или испытавшая его влияние. Современная биосфера не входит в состав метабиосферы.

Метаболизм – обмен веществ у живых организмов.

Мидии – относятся к двустворчатым моллюскам; часто образуют огромные скопления в прибрежной части моря (так называемые «мидиевые банки»).

Морские ежи – один из классов иглокожих (см.).

Мшанки – мелкие (около 1 мм) водные животные из типа щупальцевых. Колонии мшанок имеют вид кустиков или стелющихся корневищ.

Необиогенное вещество – образованное живым веществом современной геологической эпохи (а для других эпох – живым веществом того времени). В течение геологического времени переходит в палеобиогенное вещество (см.).

Неогеновый период – один из периодов кайнозойской эры (см. табл. 7).

Опал – минерал, представляющий собой аморфный твердый гидрогель кремнезема (SiO₂·nH₂O).

Ордовикский период, или ордовик, – один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).

Осадочные породы – горные породы, залегающие в литосфере в виде пластов и образовавшиеся путем абиогенного и биогенного осаждения веществ и последующего преобразования осадков в ходе процессов диагенеза и катагенеза (см.).

Палеобиогенное вещество – ископаемое биогенное вещество.

Палеогеновый период – первый период кайнозойской эры (см. табл. 7).

Палеозойская эра, или палеозой, – одна из геологических эр развития Земли (см. табл. 7).

Пелагиль – водная толща озер, морей и океанов. В Мировом океане делится по горизонтали на две зоны: неритическую (толща воды над шельфом) и океаническую (вся остальная толща воды).

Пеллеты – мелкие (доли мм – миллиметры) агрегаты, состоящие главным образом из глинистых частиц. Большинство пеллет представляет собой фекалии фильтрующих организмов.

Пермский период, или пермь, – последний период палеозойской эры (см. табл. 7).

Планктон – живые организмы, живущие во взвешенном состоянии в толще воды и неспособные к самостоятельному передвижению.

Погонофоры – тип морских беспозвоночных. Обитатели бентали (см.), живут в хитиновых трубках.

Полихеты – класс беспозвоночных животных типа кольчатых червей; за единичными исключениями живут в морях.

Продуктивность (живого вещества) – увеличение биомассы за один год.

Прокариоты – надцарство живых организмов, характеризующихся отсутствием настоящего клеточного ядра; включает в себя бактерии, архебактерии и цианобактерии.

Протерозойская эра, или протерозой, – одна из ранних геологических эр развития Земли (см. табл. 7).

Радиолярии – подкласс одноклеточных беспозвоночных животных с наружным скелетом из кремнезема; типичные представители зоопланктона Мирового океана.

Ракуша (ракушечники, ракушники) – рыхлые осадки, состоящие преимущественно или целиком из раковин моллюсков и брахиопод и их обломков.

Сапротрофы – живые организмы, питающиеся разлагающимся органическим веществом.

Седиментогенез – одна из стадий формирования осадочных пород, во время которой происходит накопление осадков.

Силурийский период, или силур, – один из периодов палеозойской эры (см. табл. 7).

Синезеленые водоросли – см. Цианобактерии.

Стратисфера (по Зюссу) – осадочная оболочка Земли.

Сульфатвосстанавливающие бактерии – гетеротрофные бактерии, восстанавливающие сульфаты и использующие энергию, полученную при окислении органического вещества.

Таллом – тело низших растений (водорослей), не расчлененное на стебель, листья и корень.

Тионовые бактерии – хемоавтотрофные бактерии, окисляющие восстановленные соединения серы и железа.

Триасовый период, или триас, – первый период мезозойской эры (см. табл. 7).

Уровень карбонатной компенсации – глубина, ниже которой происходит интенсивное растворение карбоната кальция в водной толщине Мирового океана. Она равна примерно 4000—5000 м в Тихом океане и несколько больше в Атлантическом и Индийском океанах.

Фанерозойский эон, или фанерозой, – совокупность палеозойской, мезозойской и кайнозойской эры (см. табл. 7).

Фильтраторы – водные животные, добывающие себе пищу путем активного процеживания больших количеств воды, в которой взвешены планктонные организмы и органический детрит.

Фотоавтотрофы – автотрофные живые организмы, использующие при построении своего тела энергию солнечного света.

Фотобиосфера – наружная зона биосферы, где происходят процессы фотосинтеза.

Хемоавтотрофы – автотрофные организмы, использующие при построении своего тела энергию, выделяющуюся при разложении ими неорганических соединений.

Хемогенные породы (осадки) – образовавшиеся в результате абиогенных (см.) химических процессов.

Цианобактерии – подцарство прокариотов, характеризующееся огромным морфологическим разнообразием. Иначе цианобактерии называют синезелеными водорослями, цианеями, цианофитами.

Четвертичный период, или антропоген, – современный геологический период; входит в кайнозойскую эру (см. табл. 7).

Шельф, или материковая отмель, – мелководные зоны моря вокруг материков, простирающиеся от берега до резкого перегиба поверхности дна. Средняя ширина шельфа около 70 км, средняя глубина – около 140 м.

Эвфотическая (эуфотическая) зона – та часть океана, где происходят процессы фотосинтеза.

Экзогенные породы – горные породы, образовавшиеся на земной поверхности или близ нее при температурах, обычно не превышающих 50°C (процессы их образования также называются экзогенными).

Экогоризонт – вертикально обособленная часть экосистемы, характеризующаяся определенными условиями среды и сходством трофических цепей живого вещества.

Эндогенные породы – горные породы, обязанные своим происхождением глубинным геологическим процессам.

Эукариоты – надцарство живых организмов, характеризующихся наличием типичного клеточного ядра, включает в себя растения, грибы и животные.

Юрский период, или юра, – один из периодов мезозойской эры (см. табл. 7).

Что читать

Перечислим в хронологическом порядке некоторые работы по основным проблемам, рассмотренным в этой книге[80]80
  Ссылка на труды В. И. Вернадского и некоторые другие важнейшие публикации приводятся в тексте книги в виде сносок.


[Закрыть].

С. Н. Виноградский. О роли микробов в общем круговороте жизни. Спб., Типогр. Имп. АН, 1897, 28 с.

Н. И. Андрусов. Бактериология и геология, их взаимные отношения. – Уч. зап. Имп. Юрьевск. ун-та, год 5, №1, 1897, с. 1—20.

М. А. Егунов. Биоанизотропные бассейны. – Ежегод. по геол. и минерал. России, т. 4, 1900—1901, с. 41—63.

Г. А. Надсон. Сверлящие водоросли и их значение в природе. – Бот. зап. Вып. 18. 1900—1902, с. 1—34.

В. С. Садиков. Химия жизни. Вып. 1. Пг., Науч. хим.-техн. изд-во, 1923, 88 с.

Б. В. Перфильев. Новые данные о роли микробов в рудообразовании. – Изв. Геол. ком., т. 45, №7, 1926, с. 797—818.

Я. В. Самойлов. Биолиты. Л., Науч. хим.-техн. изд-во, 1929, 140 с.

Д. В. Соколов. О микроорганизмах в подпочвенных слоях и биохимических факторах выветривания. – Изв. АН СССР, ОМЕН, 1932, №5, с. 693—712.

А. П. Виноградов. Химический элементарный состав организмов моря. – Труды БИОГЕЛ, 1935, т. 3, с. 63—278; 1937, т. 4, с. 5—225; 1944, т. 6, с. 5—273.

Б. Л. Личков. Современный литогенезис на материковых равнинах. – Изв. АН СССР, сер. географ. и геофиз., т. 9, №5—6, 1945, с. 547—564.

А. Г. Вологдин. Геологическая деятельность микроорганизмов. – Изв. АН СССР, сер. геологич., 1947, №3, с. 19—38.

К. А. Воскресенский. Пояс фильтраторов как биогидрологическая система моря. – Труды Гос. океанографич. ин-та, 1948, вып. 6(18), с. 55—120.

Б. Б. Полынов. Избранные труды. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1956, 752 с.

В. А. Ковда. Минеральный состав растений и почвообразование. – Почвоведение, 1956, №1, с. 6—18.

Л. С. Берг. Избранные труды, т. 2. М., Изд-во АН СССР, 1958, 426 с.

Ю. П. Бяллович. Биогеоценотические горизонты. – Труды МОИП, т. 3, 1960, с. 43—60.

Значение биосферы в геологических процессах. Вопросы взаимосвязи палеонтологии и тектоники. М., Госгеолтехиздат, 1962, 248 с.

С. И. Кузнецов, М. В. Иванов, Н. Н. Ляликова. Введение в геологическую микробиологию. М., Изд-во АН СССР, 1962, 240 с.

А. Л. Яншин. Принцип актуализма и проблема эволюции геологических процессов. – В сб.: Пути и методы познания закономерностей развития Земли. М., 1963, с. 1—8.

Средообразующая деятельность животных. М., Изд-во МГУ, 1970, 102 с.

И. Н. Крылов. На заре жизни. М., Наука, 1972, 104 с.

Б. С. Соколов. Докембрийская биосфера в свете палеонтологических данных. – Вестн. АН СССР, 1972, №8, с. 48—54.

Т. В. Аристовская. О некоторых аспектах геохимической деятельности почвенных микроорганизмов как составной части биогеоценоза. – В сб.: Проблемы биогеоценологии. М., Наука, 1973, с. 11—23.

А. Л. Чижевский. Земное эхо солнечных бурь. М., Мысль, 1973, 350 с.

Ю. П. Зайцев. Жизнь морской поверхности. Киев, Наукова думка, 1974, 112 с.

Н. Б. Вассоевич. Различные толкования биосферы. – В сб.: Исследование органического вещества современных и ископаемых осадков. М., Наука, 1976, с. 381—389.

Н. Н. Верзилин, Н. Н. Верзилин, Н. М. Верзилин. Биосфера, ее настоящее, прошлое и будущее. М., Просвещение, 1976, 224 с.

А. И. Перельман. Биокосные системы Земли. М., Наука, 1977, 160 с.

А. В. Сидоренко, В. А. Теняков. О планетогенном аспекте познания экзогенных, биогенных и метаморфогенных процессов. – Докл. АН СССР, 1978, т. 241, №6, с. 1409—1412.

Современные задачи и проблемы биогеохимии. – Труды БИОГЕЛ ГЕОХИ АН СССР, 1979, т. 17, 196 с.

А. Б. Ронов. Осадочная оболочка Земли. М., Наука, 1980, 80 с.

Г. В. Гегамян. Ламарк, Вернадский и биосферология. – Природа, 1981, №9, с. 78—81.

Б. С. Соколов. Палеонтология, геология и эволюция биосферы. – Труды Ин-та геологии и геофизики СО АН СССР, 1981, вып. 517, с. 156—167.

К. И. Лукашев, И. К. Вадковская. Геохимические очерки биосферы. Минск. Наука и техника, 1982, 156 с.

Биогеохимические аспекты формирования осадочных пород и руд. Л., 1983, 128 с.

Биоседиментация в морях и океанах. М., 1983, 160 с.

Палеонтология и эволюция биосферы. Л., Наука, 1983, 152 с.

Г. А. Заварзин. Бактерии и состав атмосферы. М., Наука. 1984, 192 с.

А. В. Лапо. Живое вещество и минералообразование. – Записки Всесоюзного минералогического общества, 1985, ч. 114, вып. 1, с. 26—29.

В. И. Вернадский и современность. М., Наука, 1986. 230 с.

Роль биогеохимических исследований в расширении минерально-сырьевой базы СССР. Л., 1986, 145 с.